摘 要 針對現有盾構到達技術難度大，安全隱患多，容易出現坍塌、漏水等問題，設計了一套盾構到達反襪套氣彈簧抗風險裝置，旨在有效減少洞圈漏水、漏泥量，保證盾構順利安全到達。裝置通過設計加工，在大型下沉式盾構掘進機綜合模擬試驗平台進行試驗，檢驗了裝置的運行情況與(yu) 密封性能，為(wei) 裝置的工程應用打下了良好的基礎。
1 引言
盾構到達是盾構米兰国际在线娱乐的重要環節，目前采用的盾構到達技術，通常是在盾構到達前對基坑外圍一定範圍內(nei) 的土體(ti) 進行加固改良，並采用人工降低地下水的方式防止地下水湧人基坑。盾構到達過程中，通過安裝在預留洞圈上的密封止水墊圈止水，由於(yu) 墊圈容易發生外翻、損壞等問題，洞圈漏水、漏泥現象很難控製，而一旦基坑發生破壞造成泄漏，現場處理非常困難，容易引發工程事故。
為(wei) 了解決(jue) 現有盾構到達技術存在的問題和安全隱患，本文設計了一套盾構到達反襪套氣彈簧抗風險裝置(以下簡稱“反襪套氣彈簧裝置”)，並結合大型下沉式盾構掘進機綜合模擬試驗平台進行相關(guan) 試驗。通過試驗平台模擬盾構到達的地質和地下水環境，並采用一台直徑1800mm土壓平衡盾構機模擬地鐵盾構(直徑6340mm)進行到達施工。通過試驗，對以下幾點問題進行驗證：
(1)驗證反襪套氣彈簧裝置結構合理性和應用於(yu) 盾構到達過程中的可行性；
(2)檢驗反襪套氣彈簧裝置的密封效果；
(3)找出工程應用時需進行改進之處。
2 試驗準備
2.1 反襪套氣彈簧裝置工作原理
圖1、圖2為(wei) 傳(chuan) 統盾構到達密封裝置與(yu) 反襪套氣彈簧裝置工作原理的對比圖。反襪套氣彈簧裝置主要由氣彈簧、鉸鏈板、固定螺栓、橡膠簾布等組成，相比於(yu) 傳(chuan) 統盾構到達密封裝置，反襪套氣彈簧裝置多了一個(ge) 氣彈簧係統，由於(yu) 氣彈簧能夠提供穩定的支撐反力，可以防止橡膠簾布產(chan) 生外翻，同時提供壓緊力使得橡膠簾布密貼盾殼和管片，裝置的運行更加穩定可靠。
圖1 傳(chuan) 統盾構到達密封裝置工作原理圖
圖2 反襪套氣彈簧裝置工作原理圖
盾構到達之前將裝置安裝於(yu) 到達洞圈外的預埋鋼板，橡膠簾布、鋼墊塊、鉸鏈板依次通過螺栓固定在洞圈上，氣彈簧分別與(yu) 鋼套環和鉸鏈板相連。盾構到達時，盾殼推動鉸鏈板產(chan) 生翻轉，氣彈簧的支撐壓力可以使橡膠簾布密貼盾殼，與(yu) 洞圈內(nei) 的土水壓力相平衡，從(cong) 而防止土水滲漏，保證盾構到達的安全。
2.2 反襪套氣彈簧裝置設計
模型試驗在大型下沉式盾構掘進機綜合模擬試驗平台進行，盾構機直徑為(wei) 1800mm,試驗土層為(wei) 淤泥質粘土。試驗時，通過平台建立盾構中心埋深為(wei) 15m情況下，距離盾構機下部1.5m處存在0.3MPa承壓水的盾構到達施工工況。試驗平台如圖3所示。
盾構到達之前，將反襪套氣彈簧裝置安裝在鋼套環內(nei) ，並通過轉接法蘭(lan) 將鋼套環與(yu) 洞門進行連接，如圖4所示。盾構到達過程中，刀盤、盾殼先後通過裝置，檢查通過過程中反襪套氣彈簧裝置氣彈簧、橡膠簾布等部件的工作狀況。橡膠簾布壓住盾殼以後，通過試驗平台加水壓至0.3MPa，在加壓過程中觀察裝置運行的穩定性以及盾殼四周漏水、漏泥情況，檢驗裝置的密封效果。
結合試驗平台，對反襪套氣彈簧裝置的各部件進行設計。計算鉸鏈板的受力情況，確定氣彈簧額定壓力，將鉸鏈板個(ge) 數確定為(wei) 36個(ge) ，每塊鉸鏈板安裝一個(ge) 氣彈簧;為(wei) 了便於(yu) 加工和安裝，鋼墊塊設計為(wei) 6個(ge) ;考慮到橡膠簾布的防水密封性能，將橡膠簾布設計為(wei) 環形一圈，橡膠簾布內(nei) 徑小於(yu) 盾構機直徑。鋼墊塊與(yu) 橡膠簾布螺栓孔設置與(yu) 鉸鏈板相對應。各部件設計圖如圖5所示。
圖3 大型下沉式盾構掘進機綜合模擬試驗平台
圖4 試驗裝置示意圖
圖5 反襪套氣彈簧裝置部件設計圖
2.3 反襪套氣彈簧裝置水壓力密封驗算
如圖6所示為(wei) 鉸鏈板受力情況，由力矩平衡，可知P0S×l1=F×l2
其中S為(wei) 鉸鏈板麵積，F為(wei) 氣彈簧支撐反力，l1,l2分別為(wei) 鉸鏈板的動力臂和阻力臂；P0為(wei) 滲漏土水的壓力(取最不利的情況計算，即平台模擬地層壓力)。計算得氣彈簧所受最大壓力F=2763N，因此氣彈簧額定壓力定為(wei) 3000N。另外考慮氣彈簧的工作行程滿足盾構推進需要，選定如圖7所示氣彈簧，其性能指標如表1所示。
圖6 反襪套氣彈簧裝置鉸鏈板受力圖
圖7 氣彈簧尺寸及實物圖(單位：mm)
表1 氣彈簧性能指標
3 試驗過程
3.1 試驗流程
試驗流程如圖8所示，具體(ti) 試驗步驟如下：
(1)對盾構機軸線進行複測，盾構機周邊刀具及反襪套內(nei) 側(ce) 進行潤滑處理。
(2)盾構機向前推進，盾構刀盤及盾殼通過裝置，觀察盾構推進過程中裝置各部件的運行狀況。
(3)盾構停推，按照試驗工況進行加壓，觀察盾構殼體(ti) 漏水情況，檢驗裝置的密封性。
(4)將水壓力逐漸卸為(wei) 。，試驗結束，拆解試驗裝置。
3.2 裝置安裝
如圖9(a>,9(b)所示，為(wei) 鋼套環與(yu) 反襪套機構的實物圖。如圖9(c)所示為(wei) 試驗裝置安裝完成後的圖片，圖中鋼套環後方法蘭(lan) 連接的是後續試驗裝置。
3.3 試驗過程
盾構到達準備工作完成以後，盾構以25px/mm的速度向前推進。如圖10所示，盾構邊緣貝殼刀對裝置存在局部擠壓，導致橡膠簾布變形較大，但氣彈簧收縮動作良好，使橡膠簾布較好地握裹住刀盤。
盾構繼續推進約1750px後，刀盤通過裝置，橡膠簾布在氣彈簧頂力作用下均勻地壓住盾殼，如圖11所示。此時通過試驗平台分級加載水壓力。水壓加注過程中，裝置工作良好，反襪套裝置能夠很好地握裹盾殼阻止試驗平台內(nei) 部水土流失，但也出現局部漏水的現象。
圖8 反襪套氣彈簧裝置試驗流程圖
(a)鋼套環照片 (b)反襪套氣彈簧裝置照片 (c)裝置安裝完成圖
圖9 反襪套氣彈簧試驗裝置圖
圖10 刀盤通過裝置
圖11 盾殼通過裝置
(a)模型試驗盾構
(b)地鐵盾構
圖12 鉸鏈板緊貼盾構空隙情況對比圖
通過對漏水情況的觀察發現襪套漏水點發生在兩(liang) 鉸鏈板相接處，原因是鉸鏈板相對於(yu) 模擬盾構機(直徑1800nnn)而言尺寸較大，鉸鏈板邊緣位置與(yu) 盾殼的空隙達到5mm，但若裝置應用於(yu) 實際工程(地鐵盾構直徑6340mm)時，其空隙隻有2mm，如圖12所示。因此適當減小鉸鏈板的尺寸可以在實際工程應用中避免這種情況發生。
3.4 試驗結果與(yu) 工程應用建議
盾構到達過程中，反襪套裝置的各部件運行情況良好，氣彈簧未發生失效或損壞;試驗工況下裝置的密封性能良好。這表明反襪套氣彈簧裝置應用於(yu) 盾構到達過程是能夠起到降低洞圈滲漏風險的作用。
在後續工程應用過程中，需要對反襪套氣彈簧裝置進行一些優(you) 化。裝置局部產(chan) 生少量漏水，主要是由於(yu) 試驗盾構與(yu) 實際地鐵盾構尺寸相差較大，導致鉸鏈板與(yu) 盾殼的空隙較大，在實際工程中需對鉸鏈板的形式進行優(you) 化設計；由於(yu) 實際工程中氣彈簧所受的壓力和行程與(yu) 試驗相比有所變化，因此需根據實際工程的工況計算裝置受力情況，選擇合適的氣彈簧。
4 結語
本研究在現有盾構到達技術的基礎上，發明了一套盾構到達反襪套氣彈簧抗風險裝置，並結合模型試驗的工況，完成了裝置的設計與(yu) 加工。在試驗過程中，盾構順利通過反襪套氣彈簧裝置，裝置各部件運行良好，橡膠簾布能夠緊緊握裹住盾殼，密封性能良好。通過試驗驗證了反襪套氣彈簧裝置結構合理，穩定可靠，安裝操作簡便的特點，通過優(you) 化設計，可用於(yu) 實際盾構到達工程。